HUD 抬頭顯示技術(shù)最早搭載在軍用飛機(jī)上，隨著技術(shù)的發(fā)展與延伸逐漸滲透至汽車產(chǎn)業(yè)。除了用以替代儀表，顯示各類儀表盤上的信息(如速度、胎壓、油耗、限速、警示等)，HUD還可以顯示導(dǎo)航、輔助駕駛、自動駕駛等原先顯示在中控多媒體屏上的信息，使得駕駛者在開車時(shí)幾乎完全不用低頭，極大地提升駕駛安全性。
HUD工作原理解析，PGU成像部分是核心
HUD的核心部件主要包括PGU(圖像生成單元)、Concave Mirror(自由曲面鏡)和Windshield(擋風(fēng)玻璃)，其中PGU用以產(chǎn)生圖形、控制亮度;自由曲面鏡用以放大畫面，消除擋風(fēng)玻璃造成的畸變;擋風(fēng)玻璃負(fù)責(zé)再次放大畫面，消除重影(如通過楔形玻璃)后再將圖形反射至人眼。由于HUD畫面虛像由擋風(fēng)玻璃反射而來，所以給人的視覺感覺就像畫面懸浮在玻璃外，呈現(xiàn)出一種全息影像的效果。
作為HUD中非常重要的核心部件，目前行業(yè)公認(rèn)的PGU技術(shù)路徑可以分為四條，主要包括TFT-LCD投影(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)、DLP投影(Digital Light Processing)、LBS激光掃描投影(Laser Beam Scanning)、LCOS投影(Liquid Crystal on Silicon)等。
TFT-LCD投影技術(shù)比較成熟，其原理是利用液晶顯示面板成像，主要供應(yīng)廠商包括日本的京瓷、JDI以及國內(nèi)的京東方、天馬、信利等;
DLP是美國德州儀器的專利技術(shù)，通過集成數(shù)十萬個(gè)超微型鏡片的DMD(Digital Micromirror Device)將強(qiáng)光源經(jīng)過反射后投影出來，在Diffuser(擴(kuò)散片)上成像;
LCOS技術(shù)通過具有較高功率的紅、綠、藍(lán)三色激光器或LED為光源，再通過合光系統(tǒng)照射在LCOS上，最終在Diffuser上形成影像，包括華為、一數(shù)科技等均基于該技術(shù)提供解決方案;
LBS激光掃描投影以激光作為光源，通過MEMS(Microelectromechanical systems)微振鏡在掃過顯示區(qū)域時(shí)RGB彩色激光二極管將同步施以脈沖，將圖像投射于Difusser上成像，主要參與者包括Microvision、豐寶電子、銳思華創(chuàng)等。
TFT-LCD與DLP之爭，基于TFT做不了AR HUD嗎?
經(jīng)過對搭載HUD功能的上市車型所采用的PGU進(jìn)行調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，目前TFT-LCD和DLP投影技術(shù)仍是市場主流。而隨著HUD行業(yè)不斷向AR HUD進(jìn)階，關(guān)于TFT-LCD和DLP的技術(shù)路線之爭也愈演愈烈。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，“TFT-LCD雖然技術(shù)成熟、性價(jià)比高，但更適用于小視場的WHUD，在清晰度、對比度上都無法滿足AR HUD大視場角、遠(yuǎn)投影距離的要求，甚至由于‘陽光倒灌’引起的熱負(fù)載壓力過大，從而導(dǎo)致LCD模組失效。另外，TFT-LCD的光效和亮度等相對DLP來說，也欠缺優(yōu)勢。而DLP是目前AR HUD領(lǐng)域最為成熟的技術(shù)，依靠優(yōu)異的顯示性能，在畫面亮度、尺寸和陽光倒灌問題的應(yīng)對上都具有優(yōu)勢，是最適合AR HUD的PGU路線”。
對此，F(xiàn)UTURUS首席科學(xué)家吳慧軍博士表示，在行業(yè)認(rèn)知里，通常認(rèn)為HUD的成像質(zhì)量(清晰度、對比度、色域等)與PGU的類型高度相關(guān)。但事實(shí)上，PGU的類型并不能直接決定上述參數(shù)的好壞。究其根本，PGU只是一種像源。不管是TFT-LCD、DLP、LCOS還是LBS，并不決定HUD的代次，也不直接決定HUD的光學(xué)性能。
如果DLP、LCOS和LBS的背光模組以及Diffuser設(shè)計(jì)的不夠好，其性能甚至可能遠(yuǎn)不如TFT-LCD像源。原因之一在于 Diffuser是這三種技術(shù)路線里都必須要使用且是極為重要的一個(gè)光學(xué)部件，其性能直接決定了畫面的清晰度、對比度和光效。在吳博士看來，雖然三種技術(shù)方案均非常有前景，也有很多明顯的優(yōu)勢，但就目前來說，需要提高的地方還很多，需要業(yè)內(nèi)同行一起努力，以盡快實(shí)現(xiàn)更優(yōu)秀的光學(xué)表現(xiàn)。
近些年來隨著技術(shù)的發(fā)展，DLP、LCOS和LBS這三種路線的光學(xué)性能已經(jīng)逐步接近或達(dá)到TFT-LCD的光學(xué)性能，在某幾個(gè)參數(shù)上的差異已經(jīng)微乎其微。從主機(jī)廠的角度考慮，無論采用哪種技術(shù)路徑，都必須優(yōu)先考慮可靠性和成本問題。而綜合功能、性能、可靠性、成本、供應(yīng)鏈成熟度，TFT-LCD都是主機(jī)廠在短期內(nèi)的最佳方案。
選擇TFT-LCD就一定會燒屏嗎?
吳博士還提到，目前行業(yè)普遍存在的一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)知需要被糾正：選擇TFT-LCD技術(shù)方案并不意味著一定會“燒屏”，而“燒屏”也不直接等同于“陽光倒灌”。
PGU的熱管理面臨著來自內(nèi)部和外部的三重?zé)嵩磯毫Γ?/p>
1、是背光溫升，即PGU工作時(shí)LED發(fā)出的光線被液晶屏吸收產(chǎn)生的溫升，以及LED自身發(fā)熱對液晶屏產(chǎn)生的溫升;
2、是陽光溫升，HUD中用作放大光路的自由曲面鏡通常采用凹面鏡設(shè)計(jì)，而凹面鏡也有光學(xué)聚焦的特性，當(dāng)太陽光照射進(jìn)PGU，可能會出現(xiàn)因光線匯聚而導(dǎo)致溫度過高而失效，甚至導(dǎo)致PGU被燒毀的風(fēng)險(xiǎn);
3、是環(huán)境溫升，即設(shè)備的工作環(huán)境溫度。
針對行業(yè)普遍擔(dān)憂的TFT-LCD“燒屏”風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn)UTURUS也提出了相對應(yīng)的技術(shù)解決方案，通過自研PGU和專利背光設(shè)計(jì)，可以精確控制LED發(fā)出光線的傳播方向，提高能量利用效率，降低背光熱效應(yīng)，在維持低功耗的同時(shí)產(chǎn)生非常高的畫面亮度，有效緩解因功耗太高導(dǎo)致PGU燒屏的問題。同時(shí)還優(yōu)化了光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效降低或分散射入自由曲面鏡的太陽光，降低陽光倒灌壓力。
吳博士號召，進(jìn)入AR HUD階段以后，HUD供應(yīng)商更需要拋棄對PGU的執(zhí)念，在實(shí)景識別、圖形渲染以及如何達(dá)成完美的虛實(shí)融合等軟件、算法及HMI設(shè)計(jì)上下功夫。FUTURUS也期待與更多行業(yè)PGU合作伙伴攜手，攻克PGU光路設(shè)計(jì)及空間干涉難題，加速AR HUD上車，讓更多用戶體驗(yàn)AR HUD帶來的安全與便利。
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